DE4004831A1 - Druckwechseladsorptionsanlage zum trennen von gasgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung wird bei der adsorptiven Zerlegung von Gas­ gemischen angewendet, insbesondere bei der Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zum Trennen von Gasgemischen, beispielsweise zur Gewinnung von Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft, werden häufig Adsorptionsanlagen benutzt. Wegen ihrer Wirtschaftlichkeit bevorzugt man dabei Anlagen, die mit wechselndem Druck ar­ beiten, die sogenannten Druckwechseladsorptionsanlagen. Bei diesen Anlagen erfolgt die Adsorption und die Desorp­ tion bei unterschiedlichen Drücken. Dabei findet bei stei­ gendem Druck der Adsorptionsprozeß und bei sinkendem Druck der Desorptionsprozeß statt, worauf zumeist ein Spülen des Adsorptionsmittels mit dem gewonnenen reinen Gas folgt. Um diese Prozesse nacheinander durchführen zu können, müssen die Druckwechseladsorptionsanlagen mehrere Adsorber und eine Vielzahl von Ventilen aufweisen. Diese Ventile erhöhen den Material- und Kostenaufwand beträchtlich. Man ist da­ her bestrebt, den durch die Ventile entstehenden Aufwand zu verringern.

So ist aus der DE-OS 33 10 759 hierzu bekannt, an den Gas­ einlaß und den Gasaustritt des Adsorbers je einen Ventil­ block mit in die Hauptanschlußleitungen integrierten Ven­ tilen anzuschließen. Der Ventilblock an dem Gasaustritts­ stutzen ist über eine gesonderte Gasleitung mit dem Puf­ ferbehälter für das Produktgas verbunden. Die konstruktive Gestaltung eines solchen Ventilblockes und die Anordnung der Anschlußleitungen ist in der DE-OS 33 10 759 jedoch nicht beschrieben.

In der DD-PS 2 65 806 wird ein Ventilblock für Druckwechsel­ adsorptionsanlagen vorgeschlagen, welcher quaderförmig aus­ gebildet ist. Dieser Ventilblock enthält Adsorbergaslei­ tungen, in denen die Adsorberventile angeordnet sind. Dabei steht jedes Adsorberventil über eine kreuzartige Verzwei­ gung mit einer Produktgasleitung in Verbindung. Jede Pro­ duktgasleitung führt über die kreuzartige Verzweigung zu mehreren in verschiedenen Adsorbergasleitungen angeordneten Adsorberventilen und ist dadurch mit allen Adsorberventilen verbunden. Die Adsorbergasleitungen führen von dem Ventil­ block zu den Adsorbern, wodurch der Ventilblock über diese Adsorberleitungen mit allen Adsorbern in Verbindung steht. Die Ventilblöcke sind darüber hinaus über gesonderte Gas­ leitungen mit dem Gasgemischspeicher bzw. mit dem Produkt­ gasspeicher verbunden. Nachteilig ist, daß diese Gaslei­ tungen das Gewicht der Druckwechseladsorptionsanlage und die Wahrscheinlichkeit von Undichtheiten erhöhen.

Ziel der Erfindung ist es, den Material- und Kostenaufwand der Druckwechseladsorptionsanlagen zu senken, den Raum­ bedarf und das Gewicht dieser Anlagen zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Ventilblöcke, Adsorber, des Gasgemischspeichers und des Produktgasspeichers zueinander so zu gestalten, daß die Gasleitungen zwischen diesen Apparaten soweit als möglich verringert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Adsorber, der Gasgemischspeicher und der Produktgasspeicher zu einem Behälterblock zusammengefaßt sind und unmittelbar an den Eintrittsenden der Adsorber und des Gasgemisch­ speichers ein erster gemeinsamer Ventilblock und unmittel­ bar an den Austrittsenden der Adsorber und des Produktgas­ speichers ein zweiter gemeinsamer Ventilblock angeordnet ist. Dabei ist innerhalb des ersten Ventilblocks eine von dem Gasgemischspeicher zu allen Adsorbern führende erste Gasleitung und innerhalb des zweiten Ventilblockes eine von allen Adsorbern zu dem Produktgasspeicher führende zweite Gasleitung vorgesehen. Auf diese Weise strömt das Gas aus dem Gasgemischspeicher direkt in den ersten Ventil­ block, aus den Ventilblöcken direkt in die Adsorber, aus den Adsorbern direkt in die Ventilblöcke und aus dem zweiten Ventilblock direkt in den Produktgasspeicher. Gasleitungen zwischen den Adsorbern, dem Gasgemischspeicher und dem Produktgasspeicher einerseits und den Ventilblöcken anderer­ seits sind nicht vorhanden.

Zweckmäßigerweise weisen die Adsorber an ihren Ein- und Austrittsenden ein Zwischenstück auf, das unmittelbar an dem jeweiligen Ventilblock angeordnet ist. In dem Zwischen­ stück sind Siebeinbauten und gegebenenfalls auch Federein­ bauten vorgesehen. Die Siebeinbauten verhindern ein Ein­ treten des Adsorptionsmittels in den Ventilblock, die Federeinbauten presen das Adsorptionsmittel zusammen.

Eine Weiterentwicklung sieht vor, daß auch der Gasgemisch­ speicher an seinem Ein- bzw. Austrittsende ein Zwischen­ stück aufweist, das unmittelbar an dem ersten Ventilblock angeordnet ist. Ebenso weist auch der Produktgasspeicher an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück auf, das unmittelbar an dem zweiten Ventilblock angeordnet ist. Bei einer besonderen Ausführungsform der Druckwechselad­ sorptionsanlage bestehen die Adsorber aus zwei Adsorber­ teilen. Diese sind vertikal nebeneinander angeordnet und durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine platzsparende Ausbildung der Druckwechseladsorptionsanlage.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß gesonderte Gasleitungen zwischen den Adsorbern, dem Gasgemischspeicher und dem Produktgasspeicher einerseits und den Ventilblöcken andererseits entfallen, wodurch die Druckwechseladsorptions­ anlage kompakter und gewichtsärmer wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Ventilblock,

Fig. 2 den Längsschnitt durch eine Druckwechseladsorptions­ anlage mit ungeteilten Adsorbern,

Fig. 3 den Querschnitt durch eine Druckwechseladsorptions­ anlage mit geteilten Adsorbern,

Fig. 4 die perspektivische Sicht auf eine Druckwechsel­ adsorptionsanlage mit geteilten Adsorbern,

Fig. 5 die Draufsicht auf eine Druckwechseladsorptionsan­ lage mit geteilten Adsorbern, bei der die Ventil­ blöcke mit Stirnplatten versehen sind.

Die beschriebene Druckwechseladsorptionsanlage dient zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft. Das zu trennende Gasgemisch ist gemäß diesem Beispiel somit Luft.

Den Kern der Druckwechseladsorptionsanlage bilden der erste Adsorber 1, der zweite Adsorber 2 und der dritte Adsorber 3. Diese 3 Adsorber sind unmittelbar an dem ersten Ventilblock 4 und an dem zweiten Ventilblock 5 angeordnet. Darüber hinaus ist unmittelbar an dem ersten Ventilblock 4 der Gasgemischspeicher 6 und unmittelbar an dem zweiten Ventilblock 5 der Produktgasspeicher 7 angeordnet. Dabei sind die 3 Adsorber 1, 2, 3 an ihren Eintrittsenden mit dem ersten Ventilblock 4 und an ihren Austrittsenden mit dem zweiten Ventilblock 5 direkt verbunden. Die Verbindung der 3 Adsorber 1, 2, 3 des Gasgemischspeichers 6 und des Pro­ duktgasspeichers 7 mit den beiden Ventilblöcken 4, 5 er­ folgt jeweils über das zylindrische Zwischenstück 8. Diese Zwischenstücke 8 sind jeweils an den Ein- und Austrittsenden der Adsorber 1, 2, 3, an dem Gasgemischspeicher 6 und an dem Produktgasspeicher 7 gasdicht befestigt (angeschweißt) ragen in einen Ventilblock 4, 5 hinein und sind mit diesen verschraubt. Auf diese Weise wird eine starre, gasdichte Verbindung zwischen den beiden Ventilblöcken 4, 5 und den genannten Apparaten geschaffen. In den Zwischenstücken 8, die an den 3 Adsorbern 1, 2, 3 befestigt sind, ist jeweils ein Sieb vorgesehen, welches den Austritt des Adsorptions­ mittels in die Ventilblöcke 4, 5 verhindert. Weiterhin ragt an den Austrittsenden der 3 Adsorber 1, 2, 3 die Ver­ spannungseinrichtung für den die Adsorptionsmittelschicht begrenzenden Boden in die Zwischenstücke 8 hinein.

Die Zwischenstücke 8 sind so kurz wie technisch möglich ausgebildet, d. h. so kurz, wie es eine Schraubverbindung mit Hilfe von Stiftschrauben, die in die Ventilblöcke 4, 5 eingelassen sind, erfordert.

Bei anderen Ausführungsformen kann die Länge des Zwischen­ stückes 8 durch die Größe der Einbauten, die in dem Zwischen­ stück 8 angeordnet werden sollen, bestimmt werden.

Die Länge der Zwischenstücke 8 beträgt maximal 10% der Länge der Adsorber 1, 2, 3 bzw. des Gasgemischspeichers 6 oder des Produktgasspeichers 7. Auf diese Weise sind die 3 Adsorber 1, 2, 3, der Gasgemischspeicher 6 und der Pro­ duktgasspeicher 7 unmittelbar an den beiden Ventilblöcken 4, 5 bzw. an einem der beiden Ventilblöcke 4, 5 angeordnet. Darüber hinaus sind auf diese Weise die 3 Adsorber 1, 2, 3, der Gasgemischspeicher 6 und der Produktgasspeicher 7 zu einem Behälterblock zusammengefaßt.

Die beiden Ventilblöcke 4, 5 sind im wesentlichen so ge­ staltet, wie in der DD-PS 2 65 806 beschrieben. Sie weisen die Form eines Quaders mit rechteckiger Grundfläche auf. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weisen die beiden Ventilblöcke 4, 5 an den Stellen, an denen die 3 Adsorber 1, 2, 3 und der Gasgemischspeicher 6 bzw. der Produktgasspeicher 7 an­ geordnet sind, eine jeweils kreuzartige Verzweigung auf.

Diese Verzweigungen sind jeweils über einen Kanal mit dem Zwischenstück 8 verbunden, so daß Gas aus den Adsorbers 1, 2, 3, dem Gasgemischspeicher 6 und dem Produktgasspeicher 7 in die jeweilige Verzweigung bzw. umgekehrt strömen kann. Die Verzweigungen münden jeweils in zwei oder drei Rohr­ enden, die gemeinsam mit einer pneumatisch betätigten Mem­ brane die Adsorberventile 9 bilden. In der Fig. 1 sind drei dieser Adsorberventile 9 dargestellt.

An der Stelle, wo sich die genannten Rohrenden befinden, sind in die beiden Ventilblöcke 4, 5 zylinderförmige Aussparungen eingearbeitet, die gemeinsam mit den Rohrenden einen Ring­ spalt bilden. Die Fläche eines solchen Ringspaltes ent­ spricht dabei der Innenquerschnittsfläche der Rohrenden.

Die beiden Ventilblöcke 4, 5 weisen in ihrer Längsrichtung zwei oder drei Gasleitungen auf, die die drei Adsorber 1, 2, 3 und den Gasgemischspeicher 6 bzw. den Produktgasspei­ cher 7 miteinander verbinden. Die zylinderförmigen Ausspa­ rungen sind Bestandteil dieser Gasleitungen. Die Achsen der zu den kreuzartigen Verzweigungen führenden Rohre schneiden sich dabei mit der Achse einer Gasleitung.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine der in dem ersten Ventilblock 4 befindlichen Gasleitungen mit der Druckluft­ leitung 10 verbunden. Diese mit der Druckluftleitung 10 ver­ bundene Gasleitung stellt die erste Gasleitung 11 dar. Sie erstreckt sich über die gesamte Länge des ersten Ventil­ blockes 4. Sie verbindet die Druckluftleitung 10 mit dem Gasgemischspeicher 6 und den drei Adsorbern 1, 2, 3 und somit auch den Gasgemischspeicher 6 mit den drei Adsorbern 1, 2, 3. Die Druckluftleitung 10 dient zur Zuführung des Gasgemisches Luft, aus dem der Sauerstoff durch Adsorption gewonnen werden soll.

In dem ersten Ventilblock 4 ist in der ersten Gasleitung 11 ein Filter angeordnet, welcher in das zu dem Gasgemisch­ speicher 6 gehörende Zwischenstück 8 hineinragt. Die von dem Verdichter durch die Druckluftleitung 10 kommende Luft strömt durch das Filter in den Gasgemischspeicher 6 und von diesem durch das zu dem Gasgemischspeicher 6 gehörende Zwi­ schenstück 8, durch die erste Gasleitung 11 und durch das dem jeweiligen Adsorber 1, 2, 3 zugeordnete Adsorberventil 9 jeweils in den der 3 Adsorber 1, 2, 3 in dem der Adsorp­ tionsprozeß stattfindet.

Eine andere Gasleitung des ersten Ventilblockes 4, die sich ebenfalls über die gesamte Länge dieses Ventilblockes er­ streckt, ist mit der Restgasleitung 12 verbunden.

Diese Gasleitung hat jedoch keine Verbindung zu dem Gasge­ mischspeicher 6. Durch die Restgasleitung 12 verläßt das bei dem Desorptions- bzw. Spülprozeß in den Adsorbern 1, 2, 3 anfallende Restgas den ersten Ventilblock 4. Das Restgas tritt dabei aus den jeweiligen Adsorbern 1, 2, 3 in das an diesem Adsorber angeordnete Zwischenstück 8, danach in die in dem ersten Ventilblock 4 befindliche und mit der Restgasleitung 12 verbundene Gasleitung und anschließend in die Restgasleitung 12.

Die drei Adsorber 1, 2, 3 stehen über die in dem zweiten Ventilblock 5 angeordnete zweite Gasleitung 13 sowohl un­ tereinander als auch mit dem Produktgasspeicher 7 in Ver­ bindung. In der zweiten Gasleitung 13 ist zwischen den 3 Adsorbern 1, 2, 3 und dem Produktgasspeicher 7 ein Rück­ schlagventil vorgesehen, das ein Zwischenströmen des Sauer­ stoffes aus dem Produktgasspeicher 7 in die 3 Adsorber ver­ hindert. In dem Produktgasspeicher 7 wird der gewonnene Sauerstoff gespeichert. Dabei tritt der während des Ad­ sorptionsprozesses abgetrennte Sauerstoff aus dem jeweiligen Adsorber durch das zu diesem Adsorber gehörende Zwischen­ stück 8 und das zugehörige Adsorberventil 9 in die zu dem Produktgasspeicher 7 führende zweite Gasleitung 13 und durch diese Gasleitung und durch das Rückschlagventil in den Pro­ duktgasspeicher 7. Die zweite Gasleitung 13 ist mit der Produktgasleitung 14 verbunden, durch die der aus dem Pro­ duktgasspeicher 7 kommende Sauerstoff die Druckwechselad­ sorptionsanlage verläßt. Diese Produktgasleitung 14 weist ein Ventil auf, mit dem die Sauerstoffabnahme aus dem Produkt­ gasspeicher 7 geregelt wird. Die anderen in dem zweiten Ven­ tilblock 5 angeordneten Gasleitungen verbinden die drei Ad­ sorber 1, 2, 3 untereinander.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage sind die beiden Ven­ tilblöcke 4, 5 gegenüberliegend, d. h. oberhalb und unterhalb der Adsorber 1, 2, 3, des Gasgemischspeichers 6 und des Produktgasspeichers 7, angeordnet.

Eine solche Ausführungsform wählt man vorzugsweise bei größeren Druckwechseladsorptionsanlagen.

Bei einer Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 sind die drei Adsorber 1, 2, 3 geteilt ausgebildet und die bei­ den Ventilblöcke 4, 5 horizontal nebeneinander angeordnet. Die beiden Adsorberteile sind dabei durch die Verbindungs­ leitung 15 miteinander verbunden, durch die Gas von einem Adsorberteil in den anderen Adsorberteil strömt. Diese Ausführungsform wählt man bei kleineren Druckwechseladsorp­ tionsanlagen, bei denen eine Raumeinsparung gewünscht wird.

Eine Ausführungsform der Druckwechseladsorptionsanlage mit quadratischer Grundfläche ist in Fig. 5 dargestellt. Hier­ bei sind die drei Adsorber 1, 2, 3 auch geteilt ausgebildet und die beiden Ventilblöcke 4, 5 horizontal nebeneinander angeordnet. An den beiden Ventilblöcken 4, 5 ist jeweils eine Stirnplatte angeordnet. Die Stirnplatten weisen eben­ falls Gasleitungen auf, welche mit den Gasleitungen der Ventilblöcke 4, 5 in Verbindung stehen. Die Gasleitungen in der zum ersten Ventilblock 4 gehörenden Stirnplatte führen zu den Eintrittsenden der drei Adsorber 1, 2, 3. Die erste Gasleitung 11, die mit der Druckluftleitung 10 verbunden ist, führt darüber hinaus zu dem Gasgemischspeicher 6. Die zweite Gasleitung 13 in der zum zweiten Ventilblock 5 gehörigen Stirnplatte führt zu den Austrittsenden der drei Adsorber 1, 2, 3 und zu dem Produktgasspeicher 7. Die beiden Stirnplatten sind somit unmittelbarer Bestandteil der bei­ den Ventilblöcke 4, 5.

Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für kleine Druckwechseladsorptionsanlagen mit besonders geringem Platz­ bedarf. Sie ist gut geeignet für die Anordnung der Anlage in einem relativ kleinen Behälter.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 erster Adsorber
2 zweiter Adsorber
3 dritter Adsorber
4 erster Ventilblock
5 zweiter Ventilblock
6 Gasgemischspeicher
7 Produktgasspeicher
8 Zwischenstück
9 Adsorberventil
10 Druckluftleitung
11 erste Gasleitung
12 Restgasleitung
13 zweite Gasleitung
14 Produktgasleitung
15 Verbindungsleitung

Claims (4)

1. Druckwechseladsorptionsanlage zum Trennen von Gasgemischen, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Adsorbern, einem Gasgemischspeicher, einem Produktgasspeicher und aus Ventilblöcken, die die Adsorberventile enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an den Eintrittsenden der Adsorber (1, 2, 3) und an dem Gasgemischspeicher (6) ein ge­ meinsamer erster Ventilblock (4) und unmittelbar an den Austrittsenden der Adsorber (1, 2, 3) und an den Produkt­ gasspeicher (7) ein gemeinsamer zweiter Ventilblock (5) angeordnet ist, wobei innerhalb des ersten Ventilblockes (4) eine von dem Gasgemischspeicher (6) zu allen Adsorbern (1, 2, 3) führende erste Gasleitung (11) und innerhalb des zweiten Ventilblockes (5) eine von allen Adsorbern (1, 2, 3) zu dem Produktgasspeicher (7) führende zweite Gasleitung (13) vorgesehen ist.

2. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber (1, 2, 3) an ihren Ein- und Austrittsenden ein Zwischenstück (8) aufweisen, das unmittelbar an dem jeweiligen Ventilblock (4, 5) angeord­ net ist, wobei in dem Zwischenstück (8) Siebeinbauten vor­ gesehen sind.

3. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgemischspeicher (6) an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück (8) auf­ weist, das unmittelbar an dem ersten Ventilblock (4) ange­ ordnet ist und der Produktgasspeicher (7) an seinem Ein- und Austrittsende ein Zwischenstück (8) aufweist, das un­ mittelbar an dem zweiten Ventilblock (5) angeordnet ist.

4. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Adsorber (1, 2, 3) aus zwei Adsorberteilen bestehen, die vertikal nebeneinander ange­ ordnet und durch eine Verbindungsleitung (15) miteinander verbunden sind.